criterios para el dimensionamiento de redes de riego robustas frente a cambios en la alternativa

390 Pages·2013·10.19 MB·Spanish

by  Juan Luis Perez

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ETSI CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
TESIS DOCTORAL
CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE
REDES DE RIEGO ROBUSTAS FRENTE A CAMBIOS
EN LA ALTERNATIVA DE CULTIVOS
ALFREDO GRANADOS GARCÍA
INGENIERO DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
DIRIGIDA POR:
FRANCISCO V. LAGUNA PEÑUELAS
DR. INGENIERO DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
FRANCISCO J. MARTÍN CARRASCO
DR. INGENIERO DE CAMINOS, CANALES Y PUERTOS
MAYO 2013
TESIS DOCTORAL 
CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE REDES DE RIEGO 
ROBUSTAS FRENTE A CAMBIOS EN LA ALTERNATIVA DE CULTIVOS 

Autor: Alfredo Granados García
Directores: Francisco V. Laguna Peñuelas
Francisco J. Martín Carrasco

Tribunal nombrado por el Magfco. Excmo. Sr. Rector de la Universidad Politécnica de
Madrid, el día de de 2013.

TRIBUNAL CALIFICADOR

Presidente D.: .............................................................................
Vocal D.: .............................................................................
Vocal D.: .............................................................................
Vocal D.: .............................................................................
Secretario D.: .............................................................................

Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día de de 2013,
en Madrid.
Calificación: .............................................................................

EL PRESIDENTE LOS VOCALES
EL SECRETARIO

RESUMEN 
En los años 50 y 60 del siglo XX se produjo en Europa un cambio en la
concepción de los sistemas de riego, en los cuales se pasó del regadío por superficie al
presurizado y con ello del riego por turnos al riego a la demanda. Las ventajas de este
nuevo sistema de riego dieron lugar a una gran expansión de las redes colectivas de
riego a presión, especialmente en los países del arco mediterráneo y del Sur de Europa
(Francia, España, Italia, Portugal y Grecia).
Desde entonces el riego presurizado a la demanda ha tenido una evolución
permanente, en la que han mejorado los equipos y las técnicas de aplicación del riego,
siempre con una clara orientación hacía el incremento de la productividad. Esta
evolución unida a los vaivenes de los mercados, al abaratamiento de los transportes y la
globalización, y a las subvenciones agrícolas, ha propiciado que las alternativas de
cultivos previstas hayan sufrido cambios. El cambio de la alternativa de cultivos hacia
otros más exigentes desde el punto de vista de las necesidades hídricas tiene como
consecuencia el aumento de los consumos, circunstancia para cual debe estar capacitada
la red. Otros fenómenos como el cambio climático, de amplio interés a día de hoy,
presentan algunos escenarios en lo que se prevé un incremento de las temperaturas que
unido a una reducción en las precipitaciones, supondría también que se elevarían las
necesidades de riego de los cultivos.
Todas estas circunstancias deben ser contempladas en la redacción de los
proyectos de transformación de nuevas zonas regables y en los de modernización de las
existentes. Las redes de riego deben estar dimensionadas para poder atender dichos
incrementos de consumo. La fortaleza de la red para atender variaciones en las
demandas de agua se convierte por tanto en una premisa del proyecto.
Dicha fortaleza se puede conseguir de formas diferentes y a costos distintos,
puesto que en el proceso de dimensionamiento estadístico de los caudales circulantes en
punta de campaña intervienen muchas variables y parámetros de riego.
En la presente tesis doctoral se analiza en detalle el estado del arte en la materia,
se efectúa un análisis de la función específica y la influencia en el cálculo de cada uno
de los parámetros, se establece un procedimiento de actuación que optimice el
dimensionamiento de la red colectiva para que ésta disponga de la robustez necesaria
para hacer frente a incrementos potenciales de consumo de agua sobre la previsiones de
base del proyecto y se establecen los criterios, rangos y combinaciones de parámetros
que permiten dotar a la red de la fortaleza necesaria de la manera más eficiente posible.
ABSTRACT 
During the 1950s and 1960s the design of irrigation systems in Europe underwent
change. Traditional surface irrigation was replaced by pressure irrigation, with the
delivery method shifting from a scheduled type to an on-demand one. The advantages
obtained with this new system led to a significant development of on-demand
pressurised irrigation districts, especially in the Southern countries (France, Greece,
Italy, Portugal and Spain).
On-demand pressurised irrigation has since evolved in a continuous manner in
which, with the purpose of gaining productivity, on-farm equipment and automation
instruments have seen improvements. Such developments, along with market
fluctuations, reductions in transport costs, globalisation and the influence of agricultural
subsidies, have resulted in changes in the crop pattern. The farming of new crops may
require more water and the consumption may become greater. In addition to this, other
phenomena, such as the frequently-debated effects of climate change, reveal scenarios
in which an increase in temperatures and the accompanying reductions in rainfall are
expected. One consequence of this would be an increase in irrigation requirements and
subsequent impact on irrigation networks.
All such circumstances should be taken into account in both the design of new
irrigation districts and the upgrading of the existing ones. Irrigation networks should be
of a size that allows them to meet increases in consumption. The robustness of the
network, defined as its capacity to absorb increments in water requirements, becomes a
key point to be taken into account in the design phase. Given that there are several
parameters that influence the calculus of design flows, such robustness may be obtained
in different ways and at varying costs.
In the context of this, the thesis reviews the state of the art, analyses the role and
influence of each parameter, establishes a procedure for checking the design and
robustness of on-demand irrigation networks, and sets design criteria for selecting the
most effective range and combination of parameters that provide the network with such
robustness.

ÍNDICE 

ÍNDICE 
CAPÍTULO 1 – INTRODUCCIÓN Y OBJETIVO DE LA TESIS ....................................... 1 
1.1 – INTRODUCCIÓN ............................................................................................ 1 
1.2 – OBJETIVO DE LA TESIS ................................................................................... 4 
1.3 – PRESENTACIÓN DEL CONTENIDO DE LA TESIS .............................................. 5 
1.4 – DEFINICIÓN DE ALGUNOS TÉRMINOS EMPLEADOS EN LA TESIS ................ 6 
CAPÍTULO 2 – ESTADO DEL ARTE .......................................................................... 7 
2.1 – PROCESO DE DISEÑO DE UNA RED DE RIEGO ............................................... 7 
2.2 – ESTABLECIMIENTO DE LA ALTERNATIVA DE CULTIVOS .............................. 13 
2.2.1 – Características físicas del suelo ........................................................... 14 
2.2.2 – Estudio de suelos ................................................................................ 19 
2.2.3 – Climatología local y recursos disponibles ........................................... 21 
2.2.4 – Factores socioeconómicos .................................................................. 24 
2.2.5 – Rotación de los cultivos ...................................................................... 26 
2.2.6 – Alternativa de cultivos ........................................................................ 28 
2.3 – NECESIDADES HÍDRICAS DE LOS CULTIVOS ................................................ 33 
2.4 – LOS PARÁMETROS DE RIEGO ...................................................................... 42 
2.4.1 – Caudal continuo unitario .................................................................... 42 
2.4.2 – Grado de libertad ................................................................................ 43 
2.4.3 – Rendimiento de la red ......................................................................... 45 
2.4.4 – Garantía de suministro ....................................................................... 47 
2.5 – DOTACIÓN EN PARCELA .............................................................................. 48
CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE REDES DE RIEGO ROBUSTAS FRENTE A CAMBIOS EN LA ALTERNATIVA DE CULTIVOS  

2.6 – FÓRMULAS  ESTADÍSTICAS.  MÉTODOS  DE  CÁLCULO  DE  LOS 
CAUDALES .................................................................................................. 49 
2.6.1 – Introducción. Concepción y desarrollo de las fórmulas ..................... 49 
2.6.2 – Primera fórmula de Clément .............................................................. 51 
2.6.3 – Fórmula de Boissezon y Haït .............................................................. 56 
2.6.4 – Primera fórmula generalizada de Clément ........................................ 64 
2.6.5 – Segunda fórmula generalizada de Clément ....................................... 65 
2.6.6 – Fórmula de Mavropoulos ................................................................... 75 
2.7 – ANÁLISIS REALIZADOS SOBRE LOS MÉTODOS DE CÁLCULO ..................... 82 
2.7.1 – Comparación de los resultados de las distintas fórmulas .................. 83 
2.7.2 – Análisis realizados sobre la primera fórmula de Clément .................. 96 
2.8 – TENDENCIAS ACTUALES ........................................................................... 123 
2.8.1 – Uso de modelos de simulación para la determinación de 
caudales de diseño en redes de riego ............................................. 126 
2.8.2 –  Uso  de  modelos  de  simulación  para  el  análisis  del 
comportamiento y fiabilidad de las redes de riego ........................ 127 
2.9 – CONSIDERACIONES FINALES .................................................................... 133 
CAPÍTULO 3 – METODOLOGÍA .......................................................................... 135 
3.1 – PLANTEAMIENTO GENERAL ..................................................................... 135 
3.2 – REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA Y ACOTACIÓN DEL CAMPO DE ESTUDIO ....... 137 
3.3 –  ESTUDIO  DE  LOS  PARÁMETROS  QUE  INTERVIENEN  EN  EL 
CÁLCULO DE LOS CAUDALES DE PUNTA ................................................. 138 
3.4 – PREPARACIÓN DEL MODELO DE CÁLCULO .............................................. 139 
3.5 – ANÁLISIS DE LA EFICIENCIA DE LOS PARÁMETROS DE RIEGO ................. 140
ÍNDICE 

3.6 –  ESTABLECIMIENTO DE CRITERIOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO 
DE REDES ROBUSTAS ............................................................................... 141 
3.7 –  ESTABLECIMIENTO DE UN PROCEDIMIENTO PRÁCTICO PARA LA 
COMPROBACIÓN DE LA FORTALEZA DE LA RED ...................................... 142 
3.8 – APLICACIÓN A UNA RED DE RIEGO EXISTENTE ......................................... 143 
CAPÍTULO 4 – DESARROLLO DE LA INVESTIGACIÓN .......................................... 145 
4.1 – INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 145 
4.2 – CONDICIONANTES DE PARTIDA ................................................................ 147 
4.3 –  ANÁLISIS DE LA PERTINENCIA DE INTRODUCIR DETERMINADAS 
HOLGURAS SUPERPUESTAS EN EL PROYECTO ......................................... 150 
4.3.1 – Cuantificación de las holguras de proyecto ...................................... 150 
4.3.2 – Lavado de los suelos para evitar su salinización ............................... 152 
4.3.3 – Eficiencia del riego ............................................................................ 156 
4.3.4 – Tiempo efectivo de riego .................................................................. 158 
4.3.5 – Consideraciones finales..................................................................... 160 
4.4 – USO ADECUADO DE LOS PARÁMETROS DE RIEGO ................................... 161 
4.4.1 – Conceptos generales ......................................................................... 161 
4.4.2 –  Avance  comparativo  de  la  función  desempeñada  por  los 
parámetros de riego ........................................................................ 164 
4.3.3 – Consideraciones sobre la eficiencia de los parámetros de 
riego ................................................................................................. 175 
4.5 –  REPERCUSIÓN  DE  LOS  PARÁMETROS  q,  k  y  r  SOBRE  LA 
SEGURIDAD EFECTIVA DE LA RED ............................................................ 183 
4.5.1 –  Acción específica de cada parámetro sobre los caudales de 
diseño de la red ............................................................................... 183 
4.5.2 – Resumen de los rasgos distintivos básicos de cada parámetro ........ 185